(57)【要約】本発明は、磁気熱量装置に関する。磁気熱量装置は、変化する外部磁場を提供するように配置された磁場発生器、及び磁気熱量再生装置を有する。磁気熱量再生装置は、磁気熱量要素を有し、磁気熱量要素は磁気熱量材料を有し、磁気熱量再生装置は、磁界発生器の変化する外部磁界に曝されるように構成される。更に、本発明は、磁気熱量装置が断熱手段を更に備え、断熱手段は、磁気熱量再生装置が断熱手段によって気密に囲まれるように配置されていることを特徴とする。【選択図】図２
2019509461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気熱量装置（１００）、特に磁気熱量ヒートポンプであって、
変化する外部磁場（１２２）を提供するように構成された磁場発生器（１２０）と、
磁気熱量要素（１３２）を有する磁気熱量再生装置（１３０）と、有し、
前記磁気熱量要素（１３２）が磁気熱量材料（１３２）を有し、前記磁気熱量再生装置（１３０）が、前記磁場発生器（１２０）の変化する外部磁場（１２２）に曝されるように配置されており、
前記磁気熱量装置（１００）は、更に断熱手段（１０５）を有し、
前記断熱手段（１０５）は、前記磁気熱量再生装置（１３０）が前記断熱手段（１０５）に気密に囲まれるように配置されていることを特徴とする磁気熱量装置（１００）。
【請求項２】
流体誘導システム（１４０）を更に有し、
流体誘導システム（１４０）は、少なくとも第１のチャネル（１４１）及び第２のチャネル（１４２）を有し、
前記第１のチャネル（１４１）を通って流体を前記磁気熱量再生装置（１３０）に導き、前記第２のチャネル（１４２）を通って前記流体を前記磁気熱量再生装置（１３）から導き出すように配置され、
前記断熱手段（１０５）は、少なくとも前記第１のチャネル及び第２のチャネル（１４１、１４２）を通って前記流体を通過させるためのフロースルー（１５０）を更に有する請求項１に記載の磁気熱量装置（１００）。
【請求項３】
前記断熱手段（１０５）は、断熱ケーシング（１１０）であり、前記磁気熱量再生装置（１３０）とは少なくとも部分的に接触しておらず、前記断熱ケーシング（１１０）は、断熱材（１６０）で充填される又は充填されるように適合される請求項１又は２に記載の磁気熱量装置（１００）。
【請求項４】
前記断熱手段（１０５）は、断熱コーティングであり、前記磁気熱量再生装置（１３０）と完全に接触する請求項１又は２に記載の磁気熱量装置（１００）。
【請求項５】
前記断熱材（１６０）は、大気より低い熱伝導率を有する請求項３に記載の磁気熱量装置（１００）。
【請求項６】
前記フロースルー（１５０）は、前記断熱ケーシング（１００）と前記少なくとも第１及び第２のチャネル（１４１、１４２）との間にギャップを残すように配置され、シール部材（１５５）が前記ギャップをシールするように配置されている請求項３〜５の何れか１項に記載の磁気熱量装置。
【請求項７】
前記断熱ケーシング（１１０）に配置され、前記断熱ケーシング（１１０）を前記断熱材（１６０）の充填を許容するように構成された充填バルブ（１８８）を更に有する請求項３〜６の何れか１項に記載の磁気熱量装置（１００）。
【請求項８】
前記断熱体（１６０）は、乾燥気体である請求項３〜７の何れか１項に記載の磁気熱量装置（１００）。
【請求項９】
前記乾燥気体が、乾燥空気及び／又は不活性ガス、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン又はキセノンを有する請求項８に記載の磁気熱量装置（１００）。
【請求項１０】
前記断熱手段（１０５）内に、好ましくは前記断熱手段（１０５）内に配置されたキャリア（１６８）内に乾燥剤（１６５）が設けられている請求項１〜５の何れか１項に記載の磁気熱量装置（１０５）。
【請求項１１】
前記磁場発生器（１２０）及び前記磁気熱量再生装置（１３０）は、両方とも前記断熱手段（２０５）内に配置される請求項１〜１０の何れか１項に記載の磁気熱量装置（２００）。
【請求項１２】
前記磁気熱量装置（３００）の全ての更なる部品が前記断熱手段（３０５）内に配置される請求項１１に記載の磁気熱量装置（３００）。
【請求項１３】
前記断熱ケーシング（１１０）は、排気可能な真空チャンバとして形成されている請求項１１又は１２に記載の磁気熱量装置（１００）。
【請求項１４】
前記磁気熱量装置（１００）は、前記磁気熱量再生装置（１３０）及び前記磁場発生器（１２０）を前記磁気熱量装置（１００）の動作中に互いに対して動かすように配置及び構成されたクランクシャフト（１８）を有し、前記断熱手段（１０５）は、前記断熱手段（１０５）の外部から前記クランクシャフト（１８０）にアクセス可能である請求項１〜１３の何れか１項に記載の磁気熱量装置（１００）。
【請求項１５】
前記クランクシャフト（１８０）は、前記断熱ケーシング（１１０）と前記クランクシャフト（１８０）との間にシャフトギャップを残すように配置され、シャフトシール部材（１８５）が、好ましく回転シール又はシールベアリングとして形成され、前記シャフトギャップをシールするよう配置されている請求項１４に記載の磁気熱量装置（１００）。
【請求項１６】
前記磁場発生器（１２０）及び前記磁気熱量再生装置（１３０）を支持するように配置された支持構造体（１９０）を更に有し、前記断熱手段（１０５）は、前記磁気熱量装置（１００）の外部物体（１９５）への取り付けを可能にするように前記断熱手段（１０５）の外側から前記支持構造体（１９０）へアクセスすることが可能な請求項１〜１５の何れか１項に記載の磁気熱量装置（１００）。
【請求項１７】
前記磁気熱量装置（１００）は、更なる磁気熱量要素を有する少なくとも１つの更なる磁気熱量再生装置を有し、前記磁気熱量要素は磁気熱量材料を有し、前記更なる磁気熱量再生装置は、前記変化する外部磁場に曝されるように配置され、更なる断熱手段は、前記更なる磁気熱量再生装置が前記更なる断熱手段内に位置するように備えられた請求項１〜１０の何れか１項に記載の磁気熱量装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブル部分による磁気熱量装置、特に磁気熱量ヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気熱量材料は、外部磁場の印加及び除去時に温度を変化させるので、熱をポンピングするために使用することができる。
【０００３】
磁気熱量効果は、外部磁場を適切な磁気熱量材料に印加すると、そのキュリー温度付近の周囲温度で生じる。印加された外部磁場は、磁気熱量材料のランダムに整列された磁気モーメントを、不規則な常磁性相から規則化された強磁性相へ整列させ、ひいては周囲温度より上での材料のキュリー温度の誘導増加としても記述され得る磁気相転移を引き起こす。この磁気相転移は、磁気エントロピーΔＳmagの減少を意味し、ほぼ断熱的なプロセス（周囲温度からの熱的分離）中、断熱条件下でエントロピーを保存するためフォノン生成による磁気熱量材料の結晶格子のエントロピー寄与の増加をもたらす。したがって、外部磁場を印加した結果として、磁気熱量材料の温度上昇（ΔＴ）が生じる。
【０００４】
技術的な冷却用途では、この付加的な熱は、周囲のヒートシンクへの熱伝達によって材料から除去される。この熱は、熱伝達媒体によって材料から周囲のヒートシンクへと輸送される。水は、磁気熱量材料からの熱除去のために使用される熱伝達媒体の一例である。温度が０℃以下では、エチレン又はプロピレングリコール、エタノール又は塩等の不凍添加剤を水に加えることができる。
【０００５】
その後、外部磁場を除去することは、磁気熱量材料の初期温度よりも低いキュリー温度の低下として説明することができ、したがって磁気モーメントはランダムな配列に戻ることができる。外部磁場は、ほぼ断熱的な条件下、すなわち周囲温度からの熱的分離で除去され、これは、系内の全エントロピーが変化しないことを意味する。磁気エントロピーは外部磁場なしにその開始レベルまで増加するので、磁気熱量材料自体の結晶格子のエントロピー寄与は減少し、ほぼ断熱的なプロセス条件下では、磁気熱量材料の初期温度以下の冷却をもたらす。
【０００６】
磁化及び減磁を含む説明されたプロセスサイクルは、通常、デバイス用途において定期的に実行される。
【０００７】
文献US 2012/0031107 A1は、少なくとも２つの磁気熱量要素を含む少なくとも１つの熱モジュールを有する熱発生器を記載している。熱発生器は、少なくとも２つの磁気アセンブリを備え、１つの磁気アセンブリが、熱モジュールの少なくとも１つの磁気熱量要素により磁気相を交互に変化させることを特徴とする。熱発生器は、磁気アセンブリを互いに断熱し、１つの磁気アセンブリ及びその対応する磁気熱量要素を含む断熱セルを形成する断熱性本体を備えることを更に特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】US 2012/0031107 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術の設計は改善され得る。本発明の目的は、改善された磁気熱量装置を創造することである。特に、本発明の目的は、磁気熱量材料の環境と磁気熱量材料自体との間の温度差によって引き起こされる熱漏れを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、請求項１に記載の磁気熱量装置を用いて達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による磁気熱量装置の第１の実施の形態であって、断熱ケーシングが磁界発生器の磁気ギャップ内に配置されている。
【図２】本発明による磁気熱量装置の第２の実施の形態であって、磁界発生器及び磁気熱量再生装置が断熱ケーシング内に配置され、磁気熱量装置のモータは断熱ケーシングの外側に配置されている。
【図３】本発明による磁気熱量装置の第３の実施の形態であって、磁界発生器及び磁気熱量再生装置、及び磁気熱量装置のモータが断熱ケーシング内に配置されている。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、磁気熱量装置、特に磁気熱量ヒートポンプを提供する。それらは、以下の構成要件を有する。
【００１３】
−磁場発生器；好ましくは磁気アセンブリによって形成され、外部磁場を変えるように、好ましくは外部磁場を周期的に変えるように配置されている。
【００１４】
−磁気熱量再生装置；磁気熱量要素、好ましくは複数の磁気熱量要素を有し、前記磁気熱量要素が磁気熱量材料を有し、前記磁気熱量再生装置は前記磁場発生器の前記変化する外部磁場に曝されるように構成される。
【００１５】
本発明による磁気熱量装置は、更に以下の構成要件を有する。
【００１６】
−断熱手段；前記断熱手段は、前記磁気熱量再生装置が、前記断熱手段によって密封して囲まれるように配置されている。
【００１７】
本発明による磁気熱量装置は、有利には、磁気熱量材料を含む磁気熱量要素の周囲に断熱手段を提供する。特に、磁気熱量要素と磁石アセンブリ及び／又は周囲環境との間の熱伝導率は、磁気熱量要素を取り囲む断熱手段のない磁気熱量装置と比較して低減される。
【００１８】
減少した熱伝導率を提供することによって、本発明による磁気熱量装置は、熱漏れ量を減少することを可能にし、したがって、所与の入力仕事に対してより多くの熱を汲み出すことができ、磁気熱量装置の効率が改善される。熱伝導率が低いことに加えて、磁気熱量装置の部品の低い熱伝達は、磁気熱量装置の全体の熱伝達係数を有利に減少させることができる。特に、断熱手段は、結露、凍結又は周囲への熱伝達、又は環境によって熱的に接続された異なる温度でのシステム内の構成要素間での熱伝達を防止又は低減することができる。自然対流の熱伝達係数は、通常１０Ｗ/ｍ２/Ｋ未満である。対照的に、結露による熱伝達は、典型的には、１０００００Ｗ/ｍ２/Ｋを超える熱伝達係数をもたらし、回転磁場発生器によって強制される対流は、１００Ｗ/ｍ２/Ｋを超える熱伝達係数をもたらし得る。したがって、断熱手段が、凝縮及び／又は回転磁場発生器によって強制される対流により熱伝達を減少させることができる磁気熱量装置を提供することが特に有利である。
【００１９】
磁気熱量装置の最高温度勾配は、周期的に変化する外部磁場によって誘発される磁化及び減磁中の磁気熱量材料の加熱及び冷却に応じて、通常、磁気熱量要素の周囲にある。したがって、磁気熱量要素の周囲に断熱手段を設けることが特に有利である。
【００２０】
断熱手段の更なる利点は、磁気熱量再生装置が、水、埃又は汚れなどの環境の影響から保護されることである。これは、磁気熱量装置の屋外使用を可能にするため、又は高湿度の室内で磁気熱量装置を使用するために特に有利である。
【００２１】
本発明による磁気熱量装置は、冷却装置又は加熱装置として使用されるように構成された磁気熱量ヒートポンプであっても良い。より詳細には、磁気熱量装置は、ワインクーラー、冷蔵庫、冷凍庫又はエアコンであり得る。
【００２２】
以下では、本発明の請求項１に係る磁気熱量装置の発展について説明する。
【００２３】
好ましい実施の形態において、磁気熱量装置は、更に流体誘導システムを備える。流体誘導システムは、第１のチャネルを通って流体を磁気熱量再生装置に導き、そして、第２のチャネルを通って流体を磁気熱量再生装置から離れるように導く少なくとも第1及び第２のチャネルを有する。ここで、断熱手段は、前記少なくとも第１及び第２のチャネルを通る流体の通過のためのフロースルーを更に備える。少なくとも第１及び第２のチャネルは、典型的には、流体誘導システムの流体フローを、フロースルーを介して断熱手段の外側の熱交換器に供給するように構成される。断熱手段による熱交換器の熱交換を妨害しないために、断熱手段の外側に熱交換器を配置することが特に有利である。
【００２４】
好ましい実施の形態において、断熱手段は断熱ケーシングである。好ましい変形例の断熱ケーシングは、磁気熱量再生装置と少なくとも部分的に接触していない。さらに、断熱ケーシングは、断熱材で充填されるか、断熱材で充填されるように適合される。断熱ケーシングは、エンクロージャ又はシールドであっても良く、それは、例えばガラス、金属又はプラスチック等の異なる材料で作ることができる。それはまた、断熱材として空気又は更なる流体で満たされた発泡体として提供され得る。このケーシングは、磁気熱量再生装置が断熱ケーシングによって気密に囲まれるように容易に配置することができるので、断熱ケーシングを設けることが有利である。したがって、本発明による磁気熱量装置は、従来技術の磁気熱量装置と比較して、安価であり、簡単な追加の製造工程で製造することができる。
【００２５】
前述した実施の形態の好ましい変形例では、断熱材は大気より低い熱伝導率を有する。これは、磁気熱量再生装置の断熱を提供するのに特に有利である。別の変形例では、断熱材は、発泡体で充填された断熱ケーシングの例の場合のように、より高い熱伝導率を有する。
【００２６】
別の実施の形態では、断熱手段は、磁気熱量再生装置と完全に接触する断熱コーティングである。断熱コーティングは、例えば、発泡体、ワニス、塗料又は箔であり得る。断熱コーティングは、好ましく、雨、埃又は汚れ等の環境の影響から磁気熱量要素を保護することができる。自動化された製造工程によって磁気熱量装置を密封する断熱コーティングを提供することは特に簡単である。
【００２７】
磁気熱量装置の好ましい実施の形態では、フロースルーは、断熱ケーシングと少なくとも第１及び第２のチャネルとの間にギャップを残すように配置され、シール部材がギャップをシールするように配置される。この実施の形態の変形例においては、少なくとも第１及び第２のチャネルは、ケーシングに対して回転するように構成され、シール部材は、回転シールとして、又は断熱ケーシングとのギャップをシールしながら少なくとも第１及び第２のチャネルの回転を可能にするシールベアリングとして形成される。これは、第１及び第２のチャネルが、磁気熱量再生装置に対して磁場発生器を回転させるクランクシャフトに一体化されている磁気熱量装置に特に有利であり得る。
【００２８】
更に、シール部材は、断熱ケーシングから部材を熱的に分離するために選択されても良い。この実施の形態の変形例においては、これは、断熱材及びシャフトが作られる材料と比較して低い熱伝導率を有する材料を使用することによって実現される。これは、セラミック材料、ポリマー材料、比較的低い熱伝導率を有する金属又は金属合金、又はそれらの組み合わせとすることができる。更に、部材から断熱ケーシングへの熱伝導のための断面積が存在しないような形状であっても良く、又は多孔質又は中空構造体が少なくとも第１及び第２のチャネルと断熱ケーシングとの間の熱接続を減少させても良い。
【００２９】
更に好ましい実施の形態では、磁気熱量装置は、断熱ケーシングに配置され、断熱ケーシングに断熱材を充填するように構成された充填バルブを更に備える。充填バルブは、磁気熱量装置を断熱材で充填するための快適な方法を提供することができる。変形例では、充填バルブは、断熱ケーシングを空にすること、特に適切な断熱貯蔵ボックスに空にすることを可能にするように更に構成される。これは、磁気熱量装置の断熱部を変更すること、又は部品の修理をするために有利であり得る。磁気熱量装置の動作中、この発展例の充填バルブは、封止バルブによって提供される断熱ケーシングの弁開口部を封止するように構成される。好ましい変形例では、断熱ケーシングは、充填バルブの設計に関して構成された充填弁バルブを介してそれぞれの充填装置を使用することによって、充填することができる。
【００３０】
更なる実施の形態において、断熱材は乾燥ガスである。この発展例の変形例では、乾燥ガスは乾燥空気及び／又は窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン又はキセノンのような不活性ガスを含む。２５℃の温度で約０．０２４Ｗ/（ｍＫ）の熱伝導率を有する大気と比較して、アルゴンの熱伝導率は２５℃の温度で約０．０１６Ｗ/（ｍＫ）であり、クリプトンの熱伝導率は２５°の温度で約０．００９Ｗ/（ｍＫ）である。したがって、この変形例の断熱材は、磁気熱量要素の周囲の熱伝導率を有利に低減することができる。
【００３１】
更なる実施の形態において、断熱材は発泡体、好ましくは気体と組み合わせた発泡体を含む。この発展例の変形例では、発泡体は、断熱材の低い熱伝導率を有利にもたらすことができる粉砕された黒鉛のような固体と組み合わされる。
【００３２】
磁気熱量装置の更なる実施の形態では、断熱手段内に、好ましくは断熱手段内に配置されたキャリア中に乾燥剤が設けられる。乾燥剤は、断熱材の乾燥を更に支援することができる。このように、乾燥剤は、磁気熱量要素の周囲の熱伝導率を減少させることができ、したがって、磁気熱量装置の効率を有利に向上させることができる。乾燥剤は、この実施の形態の好ましい変形例において、断熱手段内のキャリアに有利に配置され得る不活性物質によって形成される。それによって、キャリア内に配置された乾燥剤は、断熱材の乾燥を支援するために、断熱材と接触している。更に、乾燥剤の別の利点は、漏れの場合に、湿気が断熱手段に徐々に浸透するが、システムのメンテナンスを必要とせずに、運転中及び数日及び数年後のこの湿気の乾燥である。乾燥剤の非限定的な例は、シリカ、シリカゲル、塩化カルシウム、金属有機骨格材料、断熱手段内に配置されたモレキュラーシーブ、酸化アルミニウム、カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カリウム、水酸化カリウム、硫酸銅、水素化アルミニウムリチウム、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、ゼオライト及び超吸収剤である。
【００３３】
更に好ましい実施の形態では、磁場発生器及び磁気熱量再生装置は、両方とも断熱手段内に配置される。この実施の形態の好ましい変形例では、磁場発生器は第１及び第２の磁性体を有し、磁気熱量再生装置は第１及び第２の磁性体によって形成された磁気ギャップ内に配置される。磁気ギャップは断熱手段内に配置され、その結果、断熱手段が磁気ギャップ内に配置されないので、この実施の形態では、磁気ギャップは小さくても良い。減少する磁気ギャップは、外部磁場を増加させる。したがって、小さな磁気ギャップは、磁気熱量装置の効率を改善し、それによって、磁気熱量装置の動作中に生じるコストを低減することができる。特に、磁気ギャップが小さいと、この実施の形態の磁場発生器を小型化することができる。これにより、磁場発生器の材料及び製造コストを低減することができる。この実施の形態の断熱手段は、好ましくは、断熱ケーシングによって形成される。断熱ケーシングは、磁気熱量装置の小さな磁気ギャップ内にも断熱材を設けることを可能にする。
【００３４】
磁気熱量装置の更なる実施の形態においては、磁気熱量装置の全ての更なる部品が断熱手段内に配置される。更なる部品は、磁場発生器に対して磁気熱量再生装置を回転させるモータ、及び磁気熱量再生装置又は磁場発生器にモータを接続するクランクシャフトであり得る。この実施の形態による更なる部品は、磁気熱量装置の流体誘導システムに接続される熱交換器ではない。断熱材による熱交換器の熱交換を妨害しないために、熱交換器は断熱手段の外側に配置される。好ましくは、この実施の形態の磁気熱量装置の断熱手段は、断熱手段の内側からモータに断熱手段の外部からの電力を供給するために、電気コネクタへのアクセスを提供するように構成される。
【００３５】
更なる実施の形態では、断熱ケーシングは、排気可能な真空チャンバとして形成される。断熱ケーシング内の気体の熱伝導率は、気体中の粒子の平均自由行程が断熱ケーシングの壁間の距離又は他の部材間の距離よりも大きい場合、圧力のレベルに依存、すなわち比例する。断熱ケーシング内の部材は、異なる相対温度にあることが好ましく、特に、上記距離は磁気熱量再生装置と磁石アセンブリとの間の最短距離がより好ましい。したがって、磁気ギャップが小さいほど、熱伝導率と圧力レベルとの間の比例関係を失うことなく、圧力レベルがより大きくなり得る。中真空中の粒子の平均自由行程は、数メートルよりも大きくなり得る。したがって、断熱ケーシング内の気体粒子の量を減少させることによって、大気圧よりも低い圧力レベルに応じて、熱伝導率を低下させることができる。流体中の粒子の平均自由行程は、粒子の質量に更に依存する。したがって、平均自由行程を減少させ、断熱材の熱伝導率を低下させるために、断熱材として重質量気体を使用することが有利であり得る。
【００３６】
好ましい実施の形態では、磁気熱量装置は、磁気熱量装置の動作中に、磁気熱量再生装置と磁場発生器を互いに対して移動させるように構成されたクランクシャフトを備え、断熱手段は、断熱手段の外側からクランクシャフトにアクセスすることを可能にする。アクセスは断熱手段の更なる開口部によって提供されることが好ましく、開口部は断熱手段とクランクシャフトとの間にシャフトギャップを残すように配置され、シャフトシール部材がシャフトギャップをシールするように構成される。変形例では、シャフトシール部材は、断熱手段へのギャップをシールしながらクランクシャフトの回転を可能にする回転シールとして又はシーリングベアリングとして形成される。
【００３７】
更に、シャフトを断熱手段から熱的に切り離すために、シャフトシールを形成することができる。変形例では、これは、断熱材及びシャフトが作られる材料と比較して低い熱伝導率を有する材料を使用することによって実現される。これは、セラミック材料、ポリマー材料、低い熱伝導率を有する金属又は金属合金、又はそれらの組み合わせとすることができる。更に、シャフトから断熱手段への熱伝導のための有利な横断面が殆ど存在しない形状であっても良く、又は多孔性又は中空構造体がクランクシャフトと断熱手段との間の熱接続を減少させても良い。
【００３８】
更なる実施の形態では、磁気熱量装置は、磁場発生器及び磁気熱量再生装置を支持するように構成された支持構造体を更に備え、断熱手段は、磁気熱量装置の外部物体への取り付けを可能にするように断熱手段の外側から支持構造体へのアクセスを可能にする。支持構造体は、磁気熱量装置の堅牢性を改善することができる。この実施の形態によるアクセスは、ネジを介して外部物体に支持構造体を取り付けるために設けられたネジ穴によって提供することができる。一変形例では、支持構造体は、断熱手段と磁気熱量再生装置との間の一定の距離を経時的に提供するように更に構成される。
【００３９】
更なる実施の形態では、磁気熱量装置は、更なる磁気熱量要素を含む少なくとも１つの更なる磁気熱量再生装置を有し、磁気熱量要素は磁気熱量材料を有し、更なる磁気熱量再生装置は、変化する外部磁界に曝されるように配置され、更なる断熱手段は、更なる磁気熱量再生装置が断熱手段内に配置されるように設けられている。更なる磁気熱量再生装置は、外部磁場に曝される磁気熱量材料の総量を増加させることができ、したがって、磁気熱量装置の効率を高めることができる。或いは、第１及びそれ以上の磁気熱量再生装置の両方に、１つの断熱手段を設けることができる。これにより、そのような複合システムのコストを削減することができる。
【００４０】
断熱ケーシングは、金属、好ましくは板金のような薄い金属、好ましくはステンレス鋼で作ることができる。或いは、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ウルトラソン等のエンジニアリングプラスチックが好ましい。更に、断熱ケーシングは、磁気熱量ヒートポンプの別の部材又は磁気熱量ヒートポンプの一部である装置の一部であっても良い。これは、例えば、冷蔵庫、エアコン、又は一般的なヒートポンプのハウジング又は断熱材又は支持構造体であっても良い。
【００４１】
本発明は、以下に説明する実施の形態を参照して明らかになるであろう。
【実施例】
【００４２】
図１は、本発明による磁気熱量装置１００の第１の実施の形態を示しており、断熱ケーシング１１０によって形成された断熱手段１０５は、磁場発生器１２０の磁気ギャップ１２５内に配置されている。
【００４３】
この第１の実施の形態の磁気熱量装置１００は、第１の磁石アセンブリ１２６と第２の磁石アセンブリ１２８との間に磁気ギャップ１２５を含む磁場発生器１２０と、磁気ギャップ１２５に配置された磁気熱量再生装置１３０とを備える磁気熱量ヒートポンプである。磁気熱量再生装置１３０は、複数の磁気熱量要素１３２を有し、磁気熱量要素１３２のそれぞれは、磁気熱量材料１３５を有し、磁気熱量再生装置１３０は、磁場発生器１２０にとって提供される周期的に変化する外部磁場１２２に曝されるように構成される。
【００４４】
磁気熱量装置１００は、流体誘導システム１４０を有する。流体誘導システム１００は、第１のチャネル１４１、第２のチャネル１４２、第３のチャネル１４３及び第４のチャネル１４４を有し、第１のチャネル１４１を通って磁気熱量再生装置１３０に冷たい流体を導き、第２のチャネル１４２を通って磁気熱量再生装置１３０から冷たい流体を導き出し、第３のチャネル１４３を通って磁気熱量再生装置１３０に熱い流体を導き、第４のチャネル１４４を通って磁気熱量再生装置１３０から熱い流体を導き出すように配置されている。これにより、流体は、磁気熱量装置１００のプロセスサイクルの磁化及び減磁の相に従って誘導され、プロセスサイクルは従来技術により周知である。磁気熱量再生装置１３０から第２のチャネル１４２を通って導き出された冷たい流体は、再度第１のチャネル１４１を通って磁気熱量再生装置１３０に導かれる前に、第１の熱交換器１４６に導かれる。磁気熱量再生装置１３０から第４のチャネル１４４を通って導き出された熱い流体は、再度第３のチャネル１４３を通って磁気熱量再生装置１３０に導かれる前に、第２の熱交換器１４８に導かれる。
【００４５】
本発明によれば、磁気熱量装置１００は、断熱ケーシング１１０を更に備え、磁気熱量再生装置１３０は、断熱ケーシング１１０内に配置され、断熱ケーシング１１０は、磁気熱再生装置１３０が第１のチャネル１４１、第２のチャネル１４２、第３のチャネル１４３及び第４のチャネル１４４を通る流体のフローのためのフロースルー１５０を備える断熱ケーシング１１０によって気密に囲まれる様に配置されている。フロースルー１５０は、断熱ケーシング１１０とチャネル１４１、１４２、１４３、１４４との間にギャップを残すように配置され、フローシール部材１５５は、ギャップをシールするように配置される。更に、断熱ケーシング１１０は、大気よりも低い熱伝導率を有する断熱材１６０で満たされている。
【００４６】
図示の実施の形態では、断熱材１６０は乾燥空気であり、乾燥剤１６５は、断熱ケーシング１１０内に配置されたキャリア１６８に追加的に設けられる。乾燥剤１６５は、乾燥空気の湿度を更に低下させ、断熱材１６０の熱伝導率を低下させる。図示されていない実施の形態では、断熱ケーシングは排気可能な真空チャンバとして形成される。
【００４７】
磁場発生器１２０の磁気ギャップ１２５には、断熱ケーシング１１０が配置されている。磁気熱量装置１００のモータ１７０は、電気コネクタ１７５を介して電源（図示せず）に接続されており、第１及び第２の磁石アセンブリ１２６、１２８に取り付けられたクランクシャフト１８０を回転させることによって磁場発生装置の動作中に磁場発生器１２０の第１及び第２の磁石アセンブリ１２６，１２８を回転するように配置されている。断熱ケーシング１１０は、断熱ケーシング１１０の外側からクランクシャフト１８０にアクセスすることを許可する。アクセスは、断熱ケーシング１１０の第１及び第２の開口部１８２、１８４によって提供され、第１及び第２の開口部１８２、１８４は、断熱ケーシング１１０とクランクシャフト１８０との間にシャフトギャップを残すように配置され、それぞれのシャフトシール部材１８５は、それぞれのシャフトギャップをシールするように配置されている。シャフトシール部材１８５は、シャフトギャップを断熱ケーシング１１０に密封しながら、クランクシャフト１８０の回転を可能にする回転シールとして形成される。図示されていない実施の形態では、シール部材はシールベアリングとして形成される。
【００４８】
更に好ましい実施の形態では、任意の種類の断熱手段が、断熱ケーシングの代わりに磁気ギャップ内に配置される。特に、図示されていない好ましい実施の形態では断熱コーティングが設けられており、断熱コーティングは磁気熱量再生装置と完全に接触している。断熱コーティングは、例えば、発泡体、ワニス、塗料又は箔であり得る。
【００４９】
図示されていない更なる実施の形態では、クランクシャフトは、磁場発生器が固定されている間に一方で磁気熱量再生装置を回転させるように構成される。この更なる実施の形態の流体誘導システムのチャネルは、クランクシャフトに配置され、ロータリーバルブを介して磁気熱量再生装置に接続される。
【００５０】
断熱ケーシング１１０は、断熱ケーシング１１０に配置され、断熱ケーシング１１０を断熱材１６０で充填可能に構成された充填バルブ１８８を更に備える。充填バルブ１８８は、断熱ケーシング110を空にすること、特に、適切な断熱貯蔵ボックスに空にすることが可能なように構成されている。
【００５１】
図１に示す実施の形態による磁気熱量装置１００は、磁場発生器１２０及び磁気熱量再生装置１３０を支持するように構成された支持構造体１９０を更に備え、断熱ケーシング１１０は、磁気熱量装置１００の外部物体１９５への取り付けを可能にするように断熱ケーシング１１０の外側から支持構造体１９０へのアクセスを可能にする。
【００５２】
図示されていない実施の形態では、磁気熱量装置は、更に複数の磁気熱量要素を含む少なくとも１つの更なる磁気熱量再生装置を有し、各磁気熱量要素は磁気熱量物質を有し、前記更なる磁気熱量再生配置は、周期的に変化する外部磁場に曝されるように配置され、更なる断熱ケーシングは、前記更なる磁気熱量再生装置が断熱ケーシング内に位置するように提供される。この実施の形態では、磁気熱量再生装置及び前記更なる磁気熱量再生装置は、両方とも磁場発生器の磁気ギャップ内に配置される。図示されていない更なる実施の形態では、磁気熱量装置は、第１の磁石アセンブリ、磁気熱量再生装置、第２の磁石アセンブリ、前記更なる磁気熱量再生装置、及び第３の磁石アセンブリが、クランクシャフトに沿ってこの順に並んでいる。図示されていない別の実施の形態では、断熱ケーシングは、磁気熱量再生装置及び前記更なる磁気熱量再生装置が断熱ケーシング内に配置されるように設けられる。
【００５３】
図２は、本発明による磁気熱量装置２００の第２の実施の形態を示しており、磁場発生器１２０及び磁気熱量再生装置１３０は、断熱ケーシング２１０内に配置され、一方、磁気熱量装置２００のモータ１７０は、断熱ケーシング２１０の外部に配置されている。
【００５４】
磁気熱量装置２００は、図１に示す磁気熱量装置１００として構成されており、唯一の相違点は、磁気熱量再生装置１３０に加えて、磁場発生器１２０も断熱ケーシング２１０内に配置されていることである。その結果、断熱手段２０５を形成する断熱ケーシング２１０の第１及び第２の開口部１８２、１８４は、磁気ギャップ１２５内に設けられず、磁場発生器１２０とモータ１７０との間、及び磁場発生器１２０とクランクシャフト１８０のベアリング２２０との間に設けられる。
【００５５】
磁気熱量再生装置及び磁場発生器が断熱手段の内側に配置されている実施の形態では、図２に示すように断熱手段として断熱ケーシングを使用することが好ましい。しかし、発泡体のような断熱コーティングを使用することも可能であり、本発明の範囲内である。断熱ケーシングは、図２に示す実施の形態の更なる変形例では、大気で満たされている。
【００５６】
支持構造体１９０は、図１に示すように、磁場発生器１２０及び磁気熱量再生装置１３０を支持するために配置され、図２においては明確にするために図示していない。
【００５７】
図３は、本発明の磁気熱量装置３００の第３の実施の形態を示す。ここで、磁場発生器１２０、磁気熱量再生装置１３０及び磁気熱量装置３００のモータ１７０は、断熱手段３０５を形成する断熱ケーシング３１０内に配置されている。
【００５８】
図１に示す磁気熱量装置１００とは対照的に、磁場発生器１２０及びモータ１７０は断熱ケーシング３１０内に位置する。更に、クランクシャフト１８０は完全に断熱ケーシング３１０内に位置し、第１及び第２の開口部１８２、１８４は存在しないが、断熱ケーシング３１０内にクランクシャフト１８０のベアリング３２０がある。このベアリングは、断熱ケーシングに接続又は断熱ケーシングにより支持されていてもいなくても良い。電気的接続を可能にするため、電気コネクタ１７５のための接続開口部３３０が断熱ケーシング３１０に設けられている。それにより、電気コネクタは、断熱ケーシング３１０の外部からモータ１７０の電力供給を可能にする。接続開口部３３０は、電気コネクタ１７５と断熱ケーシング３１０との間のコネクターギャップを有し、コネクタシール部材が、ギャップをシールするように配置される。
【００５９】
更に、支持構造体３４０は、図１に示す支持構造体１９０とは対照的に、断熱ケーシング３１０内に配置される。或いは、支持構造体及び断熱ケーシングは、両方の機能を果たす１つの部材であっても良く、又は互いに取り付けられても一体化されても良い。したがって、断熱ケーシング３１０は、磁気熱量装置３００の外側表面を形成し、磁気熱量装置３００を固定した位置に設けるために外部物体１９５に取り付けることができる。
【００６０】
図示されていない実施の形態では、モータは、モータから断熱ケーシングの外部に、好ましくは付加的な断熱ケーシングを断熱ケーシングに接続する冷却ファンで熱をガイドする付加的な断熱ケーシングにより更に断熱される。
【００６１】
したがって、この実施の形態の装置は、図３に示す実施の形態と比較して、断熱ケーシング内部の熱生成を有利に低減する。
【符号の説明】
【００６２】
１００  磁気熱量装置
１０５  断熱手段
１１０  断熱ケーシング
１２０  磁場発生器
１２２  外部磁場
１２５  磁気ギャップ
１２６  第１の磁石アセンブリ
１２８  第２の磁石アセンブリ
１３０  磁気熱量再生装置
１３２  磁気熱量要素
１３５  磁気熱量材料
１４５  流体誘導システム
１４１  第１のチャンネル
１４２  第２のチャンネル
１４３  第３のチャンネル
１４４  第４のチャンネル
１４６  第１の熱交換器
１４７  ポンプ
１４８  第２の熱交換器
１５０  フロースルー（流通路）
１５５  フローシール部材
１６０  断熱材
１６５  乾燥剤
１６８  キャリア
１７０  モータ
１７５  電気コネクタ
１８０  クランクシャフト
１８２  第１の開口部
１８４  第２の開口部
１８５  シャフトシール部材
１８８  充填バルブ
１９０  支持構造体
１９５  外部物体
２００  磁気熱量装置の第２の実施の形態
２０５  第２の実施の形態の断熱手段
２１０  第２の実施の形態の断熱ケーシング
２２０  クランクシャフトのベアリング
３００  磁気熱量装置の第３の実施の形態
３０５  第３の実施の形態の断熱手段
３１０  第３の実施の形態の断熱ケーシング
３２０  第３の実施の形態のクランクシャフトのベアリング
３３０  接続開口部
３４０  第３の実施の形態の支持構造体  
【図１】
2019509461.tif 000003
【図２】
2019509461.tif 000004
【図３】
2019509461.tif 000005
【国際調査報告】
2019509461.tif 000006
2019509461.tif 000007